Hypermesh拓扑优化

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HyperMesh悬臂梁的拓扑优化

1.梁的网格划分 I.CAD文件的导入

1.启动HyerMesh Desktop。

2.在User Profile对话框中选择HyperMesh并单击Ok按钮。 3.点击快捷键Import Geometry

并选择cad文件并单击Import按钮。如下图：

这样就完成了一个CAD文件的导入。

II.编辑实体

1.在主面板中的选择Geom页，进入Solids面板。 2.选择

子面板。

3.在surfs栏下激活solids选择器。单击模型任意位置，此时整个模型被选中。 4.激活surfs选择器，选择如下图1-1所示的面：

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图1-1

5.单击trim按钮产生一个分割面，模型被分割成两个部分，如下图1-2：

图1-2

6.在surfs栏下激活solids选择器。选择上部分如图1-3：

图1-3

7.激活surfs选择器，选择如下图1-4所示的面：

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8.单击trim按钮产生一个分割面，模型被分割成两个部分，如下图1-5：

图1-5

9.重复2~5步骤分割出下面如图1-6的部分：

图1-6

10.选择子面板

11.在to be merged栏下激活solids选择器并选择如下图1-7所示的3个实体。

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图1-7

如何利用ANSYS进行拓扑优化

就目前而言，利用有限元进行优化主要分成两个阶段：

（1）进行拓扑优化，明确零件最佳的外形、刚度、体积，或者合理的固有频率，主要目的是确定优化的方向；

（2）进行尺寸优化，主要目的是确定优化后的的零件具体尺寸值，通常是在完成拓扑优化之后，再执行尺寸优化。

在ANSYS中，利用拓扑优化，可以完成以下两个目的：

（1）在特定载荷和约束的条件下，确定零件的最佳外形，或者最小的体积（或者质量）； （2）利用拓扑优化，使零件达到需要的固有频率，避免在使用过程中产生共振等不利影响。 1.ANSYS进行拓扑优化的进行拓扑优化的过程

在ANSYS中，执行优化，通常分为以下6个步骤： 1.1定义需要求解的结构问题

对于结构进行优化分析，定义结构的物理特性必不可少，例如，需要定义结构的杨氏模量、泊松比（其值在0.1～0.4之间）、密度等相关的结构特性方面定义需要求解的结构问题，选择合理的优化单元类型 ，设定优化和非优化的区域 定义载荷步或者需要提取的频率对优化过程进行定义和控制，计算并查看结果的信息，以供结构计算能够正常执行下去。

1.2选择合理的优化单元类型，在ANSYS中，不是所有的单元类型都可以执行优化的，必须

论述了车身骨架拓扑优化的过程和几种车身骨架拓扑优化的处理方法,提出了车身骨架拓扑优化在理论研究、实际应用、拓展研究和软件研究等方面的研究方向。

维普资讯

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技术纵横

轻型汽车技术

2 0 (/总 2 52 6 0 8 56) 2/ 2

车身骨架结构拓扑优化设计综述周星亮黄妙华

(汉理工大学汽车工程学院 )武摘要

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论述了车身骨架拓扑优化的过程和几种车身骨架拓扑优化的处理方法，出了车身提 骨架拓扑优化在理论研究、际应用、实拓展研究和软件研究等方面的研究方向。关键词：车身骨架拓扑优化优化设计

现代汽车工程师认为，应该在车身结构设计的初始阶段引入拓扑优化理论，而不是仅凭经验来设计或改造结构。这种优化设计属于概念性设计范畴，具体到汽车车身设计方面，目的是在考虑各种可其能出现的危险工况下，根据不同的约束限制条件，在

个连续体的设计空间中确定出车身主要承载结构件的最佳布局。国内已陆续开展了这方面的理论研一

究及工程应用分析工作。

1拓扑优化方法简介 拓扑优化是在一定空间区域 (骨架结构或连续体)内寻求材料最合理分布的一种优化方法，它是一个迭代的过程。预先定义的某种材料分布开始 (从如均匀分布)一次迭代包含有限元分析、敏度计算，每灵和修改材料分布 3个子步骤。在多次迭代后(

拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。 拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能。减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。这个技术通过使用设计变量。

结构拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。通过拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，可以有针对性地对总体结构和具体结构进行设计。特别在产品设计初期，仅凭经验和想象进行零部件的设计是不够的。只有在适当的约束条件下，充分利用拓扑优化技术进行分析，并结合丰富的设计经验，才能设计出满足最佳技术条件和工艺条件的产品。连续体结构拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下，根据已知边界条件和载荷条件确

拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。 拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能。减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。这个技术通过使用设计变量。

结构拓扑优化的基本思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。通过拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，可以有针对性地对总体结构和具体结构进行设计。特别在产品设计初期，仅凭经验和想象进行零部件的设计是不够的。只有在适当的约束条件下，充分利用拓扑优化技术进行分析，并结合丰富的设计经验，才能设计出满足最佳技术条件和工艺条件的产品。连续体结构拓扑优化的最大优点是能在不知道结构拓扑形状的前提下，根据已知边界条件和载荷条件确

基于Wof法则的连续体结构拓扑优化方法l

第 3卷第 4期 820 年 7月 06

力学学 报 Chie e J un lfh T oei a n pl d Me h a s in s ro a e rtc la d A p c in c o e V l3 . 0_l 8 N .4OJ, 0 l 6y 2u0

基于 W of则的连法续体构拓结扑优化方法l蔡坤张洪武。陈飙松 ) (连大工理大工学业备结构分装国家析点实验室重大，连 6 21) 10 3

摘要基于物生力学中的 ofW法，则发了展种连续一体拓扑优的新化法方.有待化优的结被看作构一块遵是l

从 Wo法则长的生骨，把寻骼其找最优扑的拓过比程为骨拟骼的重建/生长程过.采骨用骼重的建/长 l生f律作规为准则新材更料布，直分达至到个一衡状态并平此由得获结构的最拓扑优.例表算了明提所方出的法有性 .效关键词

扑优化拓准则法，,W法则，多孔介质 o构，张量，造向各性异f l中分图号类 0:4 献标识码文：A 2 3章文号：编508-29 ) -054 0 941 (76 001 8 0 4

引 -在言结构计设中单，对纯其状形尺和寸优化不一定使能得结的性构达到最佳能 .弥补这种了不足，

车架优化

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农业机械学报

第%&卷第$期

集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计!

石"琴"姚"成"马恒永

摘要"基+6+软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计!探讨了拓扑优化设计过程中"""!"用$S本结构建立#优化过程控制及优化结果分析与应用等问题"分析了$S+6+软件中有关拓扑优化函数的应用方法!实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始设计过程中的应用!

关键词#集装箱半挂车"车架"结构分析"拓扑优化中图分类号#!!C"(!

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挡泥板作为汽车覆盖件的一种,其刚性要求不可忽视。基于有限元模态分析方法,得到了挡泥板的前六阶固有频率及模态振型。依据挡泥板的刚度设计要求,以第一阶固有频率最大化为目标函数,体积分数(质量)为约束条件,建立了结构优化的数学模型;利用HyperWorks对其进行了结构拓扑优化求解;根据优化结果在初始结构上布置了加强肋。挡泥板的第一阶固有频率从优化前的43.6Hz变为84.9Hz,提

2 2年 1月们

电子测试E1 . ECT RONI C T EST

Ja 2 2 n o1 No. 1

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基于Hy eWok的汽车挡泥板结构拓扑优化设计★ p r rs李晓，王俊元

(中北大学机械工程与自动化学院山西太原 00 5 ) 301

摘要：挡泥板作为汽车覆盖件的一种，其刚性要求不可忽视。基于有限元模态分析方法，得到了挡泥板的前

六阶固有频率及模态振型。依据挡泥板的刚度设计要求，以第一阶固有频率最大化为目标函数，体积分数 (质量 )为约束条件，建立了结构优化的数学模型；利用H pr rs ye Wok对其进行了结构拓扑优化求解；据优根化结果在初始结构上布置了加强肋。挡泥板的第一阶固有频率从优化前的4. z 3 H变为8. z 6 4 H,提高79. 9 4%,

先利用Collector各别归类每一装配体，再个别单一划分，并且划分时隐藏其他装配体避免混淆。.强调一点，在划完网格后进行检查时，使用find face,find edge时要注意，因为各零件间的间隙可能小于容差，可能会将零件网格合并。所以各零件一定要分开检查。

hypermesh学习心得1.所有面板上都有cleanup tolerance和visual options选项。其中前者用于判断两个曲面的边或两个曲面的顶点是否可以被视为重合。在几何清理操作中，间距在容差(tolerance)范围内的任何两条曲面的边或两个曲面的顶点将被视为重合，随后被合并。 cleanup tol =的值可以在两个地方设定。一个是对其全局值，可以在options/modeling子面板中设定。另一个是局部值，可以在geom cleanup面板中设定，用于特定的几何清理操作。有时，按局部清理容差进行的操作可以被全局清理容差覆盖。

2. 例如，在一个用局部清理容差形成的曲面上进行分离操作之后，因为surface edit面板仅采用全局清理容差，被分离曲面的所有的边都被用全局清理容差重新评估，重新确定它们的状态。

设定的几何清理容差最大值的合理性与单元大小有关。例如

北京霍夫技术服务有限公司培训手册

第一章 HyperMesh入门

首先我们要了解什么是mesh，简单的说mesh就是网格的划分。有过有限元分析背景的人都知道，做有限元分析首先第一步工作就是建模，就是把分析对象按照一定的尺寸、比例划分成相互连接、不间断的网格单元，成为一个可以计算的力学模型，这是进行有限元计算的基础。其划分的结果对于以后计算的结果将产成直接的影响，或者说mesh是保证有限元分析结果准确的重要条件。

下面我就最简单的分析对象——金属壳体，向大家讲述怎样进行一个物体的mesh。我们所用软件是HyperMesh，它对于有限元的前处理和后处理都具有比较强大功能。

第一节 软件环境

首先，我们要了解工作的目标，即最终要把一个金属壳体处理成怎样的网格。打开练习一，这个文件中已经包含geom和放到中面的elems。

我们现在要搞清的第一概念就是geom和elems的区别。Geom即为几何体，是我们分析对象的真实模型，实际物体的三维表现形式；elems即为网格单元，是我们分析对象的力学模型，是对实际物体的一种近似模拟，是把实际物体转换成可计算的力学和数学模型，它不是简单的线和面，是带有数据的线和面。

在HyperMesh中，我们把geom和el